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地震散射技术在珠海横琴隧道中的应用
珠海横琴隧道为横琴岛的第三条交通通道,穿越马骝洲水道,水深6m。隧道长约600m,直径约15m,埋深34m,双线盾构法施工。前期工程地质勘探结果表明,隧址区浅部为海相沉积,下部基岩为花岗岩,埋深在38-40m左右。工程勘察中发现隧道埋深范围内存在孤石,隐伏于强风化层中,影响盾构法施工。需要查清直径2m以上的孤石与基岩突起的分布。
水上震源 水听器
于是,利用同度物探的地震散射技术,地震散射采用小排列,每次激发都可得到炮点的垂直速度剖面。只要有GPS定位,就可以进行反复航行采集,直至炮点密度达到设计要求。联合所有炮点数据,即可组成测区的三维数据结构。同度物探本次勘探区沿隧道轴向长400m,横向60m。炮点间距轴向1m,横向2m,测点网格状布置。使用24道水听器,间距0.5m,偏移据1m。使用3万焦耳电火花震源,共采集10400炮记录。有效勘探深度超过80m。采集方式如图2所示。
图1 海上孤石勘探区位置
图2 水上地震散射数据采集方式
地震散射技术在珠海横琴隧道中的应用
海底孤石的勘探
经过数据处理,生成勘探区三维波速分布与地质界面分布的数据结构。数据在隧道轴线方向点距1m,横向方向点距2m,垂直方向点距0.5m。该三维数据结构支持水平、纵向、横向切片分析。
1、测区基岩与孤石高程的分布
根据勘探得到的300m×60m×60m三维速度结构,取出波速达到2400m/s的最浅埋深数据,绘制成基岩高程图(图3)。其中红色埋深最浅,不到30m,其次为黄色,蓝色、深蓝色埋深大。图中多数地域基岩埋深在38-40m。红黄色的基岩突起与孤石只是零星分布,主要集中在测区内的左侧隧道。
图3 测区基岩与孤石高程分布图
2、隧道纵断面地质界面与波速分布图
从三维波速结构与偏移数据中,沿隧道轴向做垂向切片,获得地质界面和波速分布图纵断面图(图4a,4b),长300m,深60m。图4a为偏移图像,反映地层、基岩的界面形态,埋深30m以内,界面近水平层状,反应海相沉积特点;30m以下界面起伏较大,反应基岩的形态特征;
图4a 隧道轴向偏移成像剖面
图4b为波速分布图像,红色为高波速,波速高于2400m/s, 对应中风化基岩与孤石;蓝色为低波速, 1450m/s,海水和淤泥;浅部30m内基本为波速低于1800m/s的海相沉积;30-40m深度为中等波速(1800-2400m/s)的全风化与强风化层。40m以下为红色的、波速高于2400m/s的中等风化岩。在强风化岩中存在波速高于2400m/s的异常体,为孤石与基岩突起。
图4b 隧道轴向波速分布剖面
3、水平切片与孤石位置
水平切片能直观地反映孤石的平面位置,这里选择埋深33m的水平切片(图5)。图中红色表示的波速高于2400m/s的孤石与基岩突起;棕褐色表示波速为2000-2400m/s,强风化岩;黄色为波速1800-2000m/s的全风化与黏土。图中黑色椭圆曲线表示隧道的交线,由此可直观地发现与隧道有关的孤石的位置,并进行了编号统计,发现多数孤石分布在左侧隧道位置。
图5 埋深33m的波速水平切片与孤石位置
4、横切片中隧道与孤石的关系
沿隧道里程每米得到1幅波速横切片,其中用黑色标示出了隧道的截面位置。红色为波速高于2400m/s的岩体,包括基岩突起与孤石。这里选择3幅基岩突起与隧道相交截面,展示隧道与孤石的关系(图6)。图中的形态说明大部分所谓的孤石,其实是基岩突起,是有根的,并不是传统意义上的飘石。
图6 波速横切片中的隧道与孤石
勘探发现与隧道有关的孤石与基岩突起26处,其中直径大于3m的9处。这些结果指导了孤石处理工作。对孤石进行爆破,共完成钻孔2426个。证实物探与钻探的吻合率达到90%,平均深度误差在1m以内。
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